Untersuchung des extrinsisch aktivierten Formgedächtniseffekts zur Funktionalisierung von Implantaten bei temperatur- und kraftsensiblen Anwendungen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Sebastian Herbst; Dr. Thomas Stephan Rau
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Phoniatrie und Audiologie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316068314

Ziel des Vorhabens ist die Funktionalisierung des Elektrodenträgers (ET) eines Cochlea-Implantats (CI) mittels Formgedächtniseffekts (FGE). Damit soll eine Formänderung des ETs aus der geraden, für den Insertionsvorgang notwendigen Form in eine für die lebenslange Funktionsweise des Implantats vorteilhafte Spiralform realisiert werden. Dabei sind die sehr filigranen Strukturen im Innenohr zu erhalten, was höchste Anforderungen an die Beherrschung der temperaturgetriebenen Phasenumwandlung und der zeitlichen und örtlichen Koordinierung der resultierenden Formänderung stellt. In einer ersten Förderphase konnte ein durch die Körpertemperatur (TK) ausgelöster FGE realisiert werden. Diese Variante erfordert jedoch eine künstliche Abkühlung der Cochlea (lokale Hypothermie), um unerwünschte, verfrühte Formänderung durch die Körperwärme zu verhindern. Daher soll nun eine von TK unabhängige, extrinsische Aktivierung der Formänderung durch Widerstandserwärmung entwickelt werden, die eine zeitlich frei wählbare und geometrisch kontrollierbare Formänderung erlaubt. Die weitverbreitete und bisher verwendete NiTi-Legierung SE508 erwies sich in den Vorarbeiten als dafür ungeeignet. Der Schwerpunkt des Projekts liegt daher auf alternativen NiTi-Legierungen, wie NiTi mit ca. 50,1 bis 50,3 At.% Nickel sowie ternärer NiTiCu-Legierungen. In grundlegenden Untersuchungen zum thermo-mechanischen Verhalten in Kombination mit numerischen Simulationen des Erwärmungsprozesses soll geklärt werden, ob sich mit diesen Legierungen das Anforderungsprofil temperatur- und kraftsensibler Anwendungen erfüllen lässt. Dazu wird erforscht, ob sich für eine stabile gerade Form tatsächliche Umwandlungstemperaturen oberhalb der TK einstellen lassen, bei denen gleichzeitig der Energieeintrag für die Aktivierung möglichst klein ist. Durch Modellierung und Steuerung des Energieeintrags ins Implantat soll die Erwärmung der umliegenden Cochlea auf ein physiologisch vertretbares Maß begrenzt bleiben. Zusätzlich werden Verfahren zur Überwachung des elektrischen Widerstands entwickelt, die Aussagen über den Verlauf der Erwärmung und der Phasenumwandlung erlauben. In die Untersuchung wird zudem erstmalig die Geschwindigkeit der resultierenden Stellbewegung einbezogen, da schnelle Formänderung als potentiell schädigend angesehen werden. Mittels gepulster bzw. „kaskadierter“ Erwärmungsstrategien soll die Formänderung gezielt verlangsamt werden. Weiterhin geht es um die Frage, welchen Einfluss anatomische Variationen der Cochlea auf die perimodiolaren Kräfte haben. Das soll eine erste Einschätzung dazu erlauben, ob eine mittlere Inlaygeometrie über das ganze potentielle Patientenkollektiv einsetzbar ist, oder ob perspektivisch verschiedene („Konvektionsgrößen“) oder gar individualisierte Inlaygeometrien notwendig sein werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen